JP2020107447A - 電線ヒューズにおける接続端子 - Google Patents

Abstract

【課題】電線とヒューズエレメントが異なる導電性材料で構成される場合であっても、これらを良好に接続することができる電線ヒューズにおける接続端子の提供。【解決手段】本発明の電線ヒューズ１における接続端子５は、電力送電用の電線と、電線ヒューズ１内部のヒューズエレメント６とを接続するものであり、電線と同種であってヒューズエレメント６とは異種の導電性材料で構成された電線接続部材５１と、ヒューズエレメント６と同種の導電性材料で構成されたヒューズ接続部材５２とから成り、これらを一方の部材に形成された凹所に他方の部材の肉を充填することで一体に接合して構成される。これにより、例えば電線がアルミニウム、ヒューズエレメント６が銅で構成される場合であっても、これらと接続端子５との接続を同種の材料同士で行うことが可能になり、同接続箇所における電解腐食を防止することが可能になる。【選択図】図１

Description

本発明は、電線を流れる過電流や大電流を遮断するために当該電線路上に配設される電線ヒューズにおいて、その内部のヒューズエレメントと電線とを接続するために設けられる接続端子に関するものである。

従来、電力の配電線路上には送電線や配電線あるいは引込線等（以下、電線と総称する）を流れる過電流や大電流から配線・機器を保護する目的で特許文献１や特許文献２に示す電線ヒューズが設けられる。この電線ヒューズは、所定の電流値以上の電流が流れることでそれぞれ熱融解して破断する可溶部および遮断部を備えたヒューズエレメントと、このヒューズエレメントの両端に接続され、電線に接続可能な接続端子と、これらヒューズエレメントおよび接続端子を収容する絶縁体から成る筒状の筐体と、この筐体の両端を封止する絶縁体から成る封止キャップとを備えて成る。この電線ヒューズの各接続端子の両端は、前記筐体から突出して封止キャップ内に配置されており、また封止キャップは電線をその内部に挿入できるよう、その一端が開口されている。また、接続端子の両端は、電線を挿入可能な円筒状に構成されており、ここに電線を挿入し、かしめて圧着することで電線と接続されるように構成されている。

特許第5940837号公報 特許第5634921号公報

近年、材料コストの低減と軽量化を目的として、電線がアルミニウム製に置き換えられつつある。これに対し、電線ヒューズにおいては、ヒューズエレメントの熱溶解特性等について各メーカで様々な研究がなされた結果、現在の銅または銅合金を主材料とするヒューズエレメントの信頼性が確立されるに至っており、これを電線のアルミニウム化に合わせて単純にアルミニウムに置き換えられないという事情が存在している。特に、電力送電・配電に関わる経路においては、安全性と信頼性が最優先されることから、同経路上に使用される電線ヒューズにおいては、従来からの安全性・信頼性を維持しつつ、アルミニウム化された電線との接続にどのように対応していくかが課題となっている。

従来は電線も銅製のものが主流であったため、現状ではヒューズエレメントのみならず、接続端子についても銅で構成されている。従って、このままではアルミニウムの電線を接続した場合、接続端子と電線との間で電解腐食が生じやすくなる。この電解腐食を緩和するためには、少なくとも電線または接続端子の何れかに亜鉛めっきや無電解ニッケルめっき等により合金層を形成し、接続時の接触界面に合金層を介在させることで等電位化を図る必要がある。しかし、電線と接続端子とは現場でかしめて圧着接続されるものであるため、このかしめ時に合金層が破壊されやすく、しかも、かしめて圧着された接続部位は密着性も非常に悪いことから、前述のような対策を講じた場合でも、電解腐食を有効に防ぐことが難しくなっている。

本発明は、上記課題に鑑みて創成されたものであり、電線とヒューズエレメントが異なる材料で構成される場合にも、電解腐食を防止してこれらを良好に接続することができる電線ヒューズの提供を目的とする。この目的を達成するために本発明は、電線が接続される接続端子と、この接続端子に接続されたヒューズエレメントとを有する電線ヒューズであって、この電線ヒューズにおける接続端子は、電線と同種であってヒューズエレメントとは異種の導電性材料で構成された電線接続部材と、前記ヒューズエレメントと同種の導電性材料で構成されたヒューズ接続部材とから成り、これらを一方の部材に形成された凹所に他方の部材の肉を気密に充填することで一体に接合して成ることを特徴とする。これら電線接続部材とヒューズ接続部材との接合部は、両部材を構成する各導電性材料の凝着が生じた接合界面を有することが望ましい。

なお、前記電線接続部材とヒューズ接続部材の接合部は、一方の部材の外周部に形成された一または複数の溝部に他方の部材の肉を充填して構成されていることが好ましい。また、電線接続部材とヒューズ接続部材の接合部は、一方の部材に形成されたアンダーカット部に他方の部材の肉を充填して構成されるものであってもよい。さらに、接続端子は、ヒューズエレメントを挟んで同軸上に一対設けられることが望ましい。また、電線接続部材は、電線を構成する材料として普及しつつあるアルミニウムまたはアルミニウム合金で成り、またヒューズ接続部材は、ヒューズエレメントの主材料となっている銅または銅合金で成ることが望ましい。

本発明によれば、接続端子が電線と同種であってヒューズエレメントとは異種の導電性材料で構成された電線接続部材と、前記ヒューズエレメントと同種の導電性材料で構成されたヒューズ接続部材とを気密に接合して構成されているものである。このため、電線とヒューズエレメントがそれぞれ異なる導電性材料で構成されている場合であっても、これらと接続端子とを同種の材料同士で接続することが可能になる。これにより、例えば電線がアルミニウムで構成され、ヒューズエレメントが銅で構成されているような場合であっても、これらと接続端子とのかしめ接続箇所における電解腐食の発生を防止することができる。また、接続端子の電線接続部材とヒューズ接続部材とは異種材料の接合となるものの、その密着性・気密性の高さから、電解腐食を誘発する水などの浸入・介在を防止できるため、当該接合部での電解腐食についても防止することができる。よって、本発明の電線ヒューズにおける接続端子によれば、電線とヒューズエレメントが異なる導電性材料で構成される場合であっても、電解腐食を防止してこれらを良好に接続し、電線路上での電線ヒューズの使用を可能ならしめる等の利点が得られる。

本発明に係る電線ヒューズの要部拡大一部切欠断面図である。 本発明に係る電線ヒューズの断面図である。 本発明に係る電線ヒューズにおける接続端子の製造工程を示す一部切欠断面図である。 本発明に係る電線ヒューズにおける接続端子の他の例を示す要部拡大一部切欠断面図である。 （ａ）は本発明に係る電線ヒューズにおける接続端子の他の例を示す要部拡大一部切欠断面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。 本発明に係る電線ヒューズにおける接続端子の他の例を示す要部拡大一部切欠断面図である。 本発明に係る電線ヒューズにおける接続端子の他の例を示す要部拡大一部切欠断面図である。

以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。
図１および図２において１は電線ヒューズであり、ポリカーボネートなどの絶縁体から成る外筒２と、この外筒２内に収められたガラス管から成る内筒３とで構成された二重筒構造の筐体４を有し、この筐体４内には、電線（図示せず）を接続するための一対の接続端子５，５と、これら接続端子５，５間を電気的に連絡するヒューズエレメント６が備えられている。この電線ヒューズ１においては、その長手方向両端部でそれぞれ同じ構成の部品が使用されているため、同じ構成の部品には同じ符号を付す。

前記内筒３は、その両端開口部をシリコンゴムなどで成る封止キャップ７，７によって密封されており、さらに、この両端部を外筒２に圧入されたパッキン８，８で被覆されている。これらパッキン８，８は、ゴム等の弾性材料で構成されており、外筒２の両端に螺合された保護キャップ９，９によって外筒２内に常時押圧されており、これにより内筒３が外筒２内で外筒２と同軸線上に位置決め固定されるようになっている。

前記保護キャップ９，９は、外筒２と同じくポリカーボネートなどの絶縁体によって構成されており、その口部内周面に外筒２の両端に形成されたおねじ部２ａと螺合可能なめねじ部９ａ，９ａが形成されている。筐体４は、これら外筒２、内筒３、封止キャップ７、パッキン８および保護キャップ９を含んで成る。

前記接続端子５，５は、前記封止キャップ７，７にそれぞれ嵌合固定されており、パッキン８，８および保護キャップ９，９の中心に貫通成形された端子挿通穴８ａ，９ｂを通じて保護キャップ９，９外方へ突出している。各端子挿通穴８ａ，９ｂの周壁面にはゴム製の防水シールリング１０・・が設けられており、これらシールリング１０が端子挿通穴８ａ，９ｂを挿通する接続端子５，５の外周面に圧力的に接することで電線ヒューズ１内への水の浸入を防ぐように構成されている。

前記接続端子５，５は、異なる導電性材料から成る２つの軸部材を軸方向に接合して構成されており、保護キャップ９，９から突出する側の電線接続部材５１，５１がアルミニウム、封止キャップ７，７に嵌合する側のヒューズ接続部材５２，５２が銅で構成されている。これら電線接続部材５１とヒューズ接続部材５２の接合部周辺は、端子挿通穴９ｂの中途に配置されており、端子挿通穴９ｂの内壁面に接して支持されている。また、接続端子５，５の電線接続部材５１，５１の端部には、それぞれ有底の電線接続穴５１ａが形成されるとともに、ヒューズ接続部材５２，５２の端部には、それぞれ有底のヒューズ接続穴５２ａが形成されている。各電線接続穴５１ａには図示しない電線が挿入されてかしめ固定される。また、各ヒューズ接続穴５２ａには、前記ヒューズエレメント６の端子部６１が挿入されてかしめ固定されている。

前記ヒューズエレメント６は、前記内筒３内で当該内筒３の軸線に沿って延びており、両接続端子５，５を直列に結んでいる。このヒューズエレメント６は、低融点金属から成る低温可溶部６２と、高融点金属から成る高温可溶部６３とを直列に接続して成り、前述のとおり、その両端部に設けられた端子部６１，６１が接続端子５，５のヒューズ接続穴５２ａに挿入されてかしめ固定されている。本実施形態において、このヒューズエレメント６は低温可溶部６２をスズ合金によって構成し、それ以外の部分を銅で構成している。

次に、接続端子５，５の電線接続部材５１とヒューズ接続部材５２との接合形態および接合方法について説明する。接続端子５，５は同じ構成であることから、ここでは一の接続端子５についてのみ説明する。電線接続部材５１とヒューズ接続部材５２とを接合する場合は、まず、図３（ａ）に示すように、電線接続部材５１のブランク５１′に設けた下穴５１ｃにヒューズ接続部材５２のブランク５２′に設けた小径軸部５２ｃを挿入し、これを金型１１とノックアウトピン１２で拘束する。ブランク５２′の小径軸部５２ｃの外周部には、図示のとおり、凹所たる螺旋状の溝部５２ｄが形成されている。続いて、図３（ｂ）に示すように、ブランク５１′の一端をパンチＰでプレスする。この時、ブランク５１′，５２′はパンチＰ、金型１１およびノックアウトピン１２によって拘束されているため、ブランク５１′の肉がブランク５２′の溝部５２ｄに流動して充填される。この条件においては、ブランク５１′の肉が金型内で流動できるのは下穴５１ｃ周辺のみであることから、ブランク５１′の肉をブランク５２′の溝部５２ｄに濃密に充填することかでき、結果、極めて密着性・気密性の高い接合界面を得ることができる。また、このように螺旋状の溝部５２ｄに余肉が充填されることで、両ブランク５１′，５２′を確実に抜け止めすることもできる。

ブランク５１′とブランク５２′を接合した後、切削加工によって電線接続穴５１ａとヒューズ接続穴５２ａの加工を行い、図３（ｃ）に示すようなアルミニウムと銅が一体的に接合された接続端子５を得る。

上記電線接続部材５１とヒューズ接続部材５２の接合形態は、他の形態を採ることもできる。例えば、図４に示すように、凹所として、小径軸部５２ｃの外周部に一または複数の環状の溝部５２ｅ・・を形成しておき、これを電線接続部材５１のブランク５１′の下穴５１ｃに嵌合させて上述同様にプレス接合してもよい。また、図５（ａ）および同図（ｂ）に示すように、前記小径軸部５２ｃの外周部に凹所たるセレーション５２ｆを形成しておくことで、接合後に電線接続部材５１とヒューズ接続部材５２とを強固に回り止めする効果が得られる。

図６は、ヒューズ接続部材５２の小径軸部５２ｃに溝部等を形成せず、ここが電線接続部材５１と共にプレスで圧縮されるように成した接合形態を示す。この例では、プレスによって小径軸部５２ｃの端部が拡径して変形することで、凹所たるアンダーカット部５２ｇが形成され、ここに電線接続部材５１の肉が充填される。このような接合形態においては、当該アンダーカット部５２ｇが形成されるに伴ってヒューズ接続部材５２と電線接続部材５１の表面に働く引張応力により、各部材表面の酸化皮膜や表面処理皮膜が破られて各材料の新生面（酸化していない材料表面）が生じ、この新生面同士の接触で両材料の凝着が生じることになる。よって、両部材５１，５２の接合界面の密着性をさらに高めることができる。このような接合界面における材料の凝着は、前述の図３ないし図５に示した例においても、接合時にヒューズ接続部材５２の材料と電線接続部材５１の材料との流動摩擦が大きくなる部位において起こり得る。

また、図７は、電線接続部材５１の接合端部を有底のスリーブ状に構成し、ここにヒューズ接続部材５２を挿入して接合した例を示すものである。この接合例では、ヒューズ接続部材５２が電線接続部材５１のスリーブ５１ｅに包まれて支持されることになるため、両部材５１，５２の接合部の曲げに対する強度を高めることができる。

以上のように構成された電線ヒューズ１は、例えば、電力の配電線路と需要家とを結ぶ引込線路上に配置されるものであり、配電線路側の電線（引込線）を一方の接続端子５に接続し、需要家側の電線（引込線）を他方の接続端子５に接続することにより、引込線上に直列に配置される。接続後、電線と接続端子５，５との接続部分を含む電線から電線ヒューズ１の両端部までの部位は、防水キャップ（図示せず）で被覆され、内部に雨水等が侵入しないように処理される。

配電線路上や引込線路上の短絡等により、万一、電線ヒューズ１に電線が発煙するレベルの大電流が流れると、これによってヒューズエレメント６の低温可溶部６２が熱溶解して破断し、当該大電流を遮断する。また、過負荷によってさらに大きな電流が流れた場合には、ヒューズエレメント６の高温可溶部６３が熱溶解して破断し、当該大電流を遮断する。

本電線ヒューズ１における接続端子５，５は、電線接続部材５１，５１がアルミニウムで構成されているため、ここにアルミニウムで構成された電線を接続しても、その接続部位での電解腐食の発生を防止することができる。また、ヒューズ接続部材５２が銅で構成されているため、銅で構成されたヒューズエレメント６との接続部位においても電解腐食の発生を防止することができる。さらに、接続端子５の電線接続部材５１とヒューズ接続部材５２の接合界面は、プレス接合によって凝着が生じる程度まで密着性・気密性が高められているため、電解腐食を誘発する水分の浸入・介在を防ぐことができ、ここでの電解腐食も有効に防止することが可能である。

また、接続端子５，５における電線接続部材５１とヒューズ接続部材５２との接合部周辺は、保護キャップ９，９の端子挿通穴９ｂの内壁に当接支持されているため、接続端子５に作用する曲げモーメントを保護キャップ９，９で受けることが可能であり、これにより接続端子５の接合部の分裂を防止することができる。

なお、以上の本発明の実施形態においては、接続端子５の電線接続部材５１をアルミニウム、ヒューズ接続部材５２を銅で構成したが、これらの材料については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、接続する電線やヒューズエレメント６の材料に合わせて任意に選択することができるものである。例えば、電線がアルミニウム合金で構成される場合には、電線接続部材５１をアルミニウム合金とし、ヒューズエレメント６が銅合金で構成される場合には、ヒューズ接続部材５２を銅合金で構成すればよい。また、電線接続部材５１とヒューズ接続部材５２の接合界面での電解腐食の防止効果をより一層高めるためには、これらの接合前のブランク５１′，５２′の何れか一方、または双方に予め亜鉛めっきや無電解ニッケルめっき等を施し、表面に合金皮膜を形成しておくとよい。また、接合後に同めっきを施してもよい。

１ 電線ヒューズ
２ 外筒
２ａ おねじ部
３ 内筒
４ 筐体
５ 接続端子
５１ 電線接続部材
５１′ ブランク
５１ａ 電線接続穴
５１ｃ 下穴
５１ｄ フランジ部
５１ｅ スリーブ
５２ ヒューズ接続部材
５２′ ブランク
５２ａ ヒューズ接続穴
５２ｃ 小径軸部
５２ｄ 螺旋状の溝部
５２ｅ 環状の溝部
５２ｆ セレーション
５２ｇ アンダーカット部
６ ヒューズエレメント
６１ 端子部
６２ 低温可溶部
６３ 高温可溶部
７ 封止キャップ
８ パッキン
８ａ 端子挿通穴
９ 保護キャップ
９ａ めねじ部
９ｂ 端子挿通穴
１０ 防水シールリング
１１ 金型
１２ ノックアウトピン

Claims (6)

1. 電線が接続される接続端子と、この接続端子に接続されたヒューズエレメントとを有する電線ヒューズにおいて、
   前記接続端子は、電線と同種であってヒューズエレメントとは異種の導電性材料で構成された電線接続部材と、前記ヒューズエレメントと同種の導電性材料で構成されたヒューズ接続部材とから成り、これらを一方の部材に形成された凹所に他方の部材の肉を気密に充填することで一体に接合して成ることを特徴とする電線ヒューズにおける接続端子。
2. 電線接続部材とヒューズ接続部材との接合部は、両部材を構成する各導電性材料の凝着が生じた接合界面を有することを特徴とする請求項１に記載の電線ヒューズにおける接続端子。
3. 電線接続部材とヒューズ接続部材の接合部は、一方の部材の外周部に形成された一または複数の溝部に他方の部材の肉を充填して構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電線ヒューズにおける接続端子。
4. 電線接続部材とヒューズ接続部材の接合部は、一方の部材に形成されたアンダーカット部に他方の部材の肉を充填して構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電線ヒューズにおける接続端子。
5. 接続端子は、ヒューズエレメントを挟んで同軸上に一対設けられることを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れかに記載の電線ヒューズにおける接続端子。
6. 電線接続部材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で成り、またヒューズ接続部材は、銅または銅合金で成ることを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れかに記載の電線ヒューズにおける接続端子。

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